CN101526226B - 双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置 - Google Patents

Abstract

双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，包括碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器和双螺旋气动雾化微油枪，煤粉浓缩采用碰撞式浓缩块和浓缩环结合形式，燃烧室由内层燃烧室与外层燃烧室结合组成，碰撞浓缩块是截面为三角形的环形凸台，碰撞浓缩环为锥形圆环结构，内层燃烧室与外层燃烧室是内径大小不同的同心轴对称结构；双螺旋气动雾化微油枪与煤粉燃烧器采用同轴装配结构，微油枪燃油喷嘴的4条内雾化气通道呈螺旋形式，中喷嘴的4条外雾化气通道也呈螺旋形式，内雾化气通道与外雾化气通道的旋转方向相同；本发明装置主要应用在煤粉锅炉的启动点火与低负荷稳燃阶段，代替目前使用的大油枪点火与稳燃方式，以煤代油，达到节约费用的目的。

Description

双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置

技术领域

本发明涉及一种双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，主要应用在煤粉锅炉的冷态或热态启动点火与低负荷稳燃阶段，同时也可以应用在水泥、陶瓷、冶金等以煤粉作为主要能源的行业。此新型装置对于煤粉具有很强的适应性，能够点燃褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤、混煤等各种煤种的煤粉，属于热能动力技术领域。

背景技术

随着国际国内燃油价格的不断攀升，电力、供暖机组的不断扩建，使得电力、石化等行业的各种煤粉锅炉的冷态或热态启动点火与低负荷稳燃用油量大增，费用也直线上升，同时随着交通运输、化工等各种行业用油量的加大，又使得燃油价格不断生高。为了解决这个问题，各国都在研究无油或者微油点火与稳燃技术，力图在电力、石化等行业的锅炉点火与稳燃阶段，用价格较低的燃煤来代替燃油，达到以煤代油，节能能源费用的目的。

早在七十年代，美国G-E公司，B-W公司、西屋公司、原苏联、澳大利亚等公司以及我国的清华大学、哈尔滨锅炉厂、武汉锅炉厂等单位进行了等离子无油点火技术的研究，特别是从本世纪初，烟台龙源电力技术有限公司、洛阳博耐特工程技术有限公司借助于近几年燃油价格的高价位运行，使等离子无油点火得到了一定的推广，但是随着近几年来电力机组燃煤质量的下降，使得等离子无油点火在应用过程中出现了一些问题，主要是对于贫煤与无烟煤这些挥发份含量比较低的煤种，在点火与稳燃过程中，出现点火不成功与燃烧不稳定的问题，基于这种情况，近几年来，国内又开始进行了微油点火技术的研究，以微油枪燃烧产生的热功率来代替等离子喷枪的热功率，从大幅度提高点火热源的热功率来进行改进，使得煤粉点火范围能够覆盖包括褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤、混煤等各种煤种的煤粉，但这些设备煤粉浓缩与分级效果不理想，微油枪燃烧不完全，未从根本上解决点火不成功与燃烧不稳定的问题，本发明将采用多级浓缩与分级燃烧的煤粉燃烧器和双螺旋气动雾化、燃烧完全、效率高和使用寿命长的微油枪结合在一起，从根本上解决点火不成功与燃烧不稳定的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种点火成功率高、燃烧稳定的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置。

本发明的技术解决方案：双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，包括碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器和双螺旋气动雾化微油枪，双螺旋气动雾化微油枪通过前支撑体与后支撑体固定安装在碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器上，双螺旋气动雾化微油枪与碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器安装时保证同轴；

其中双螺旋气动雾化微油枪的燃油喷嘴的4条内雾化气通道呈螺旋形式的，微油枪中喷嘴的4条外雾化气通道呈螺旋形式的，内雾化气通道与外雾化气通道的旋转方向相同。

所述的碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器包括一次风粉进口、直管段、锥管段、外喷口、碰撞浓缩块、碰撞浓缩环、内层燃烧室、外层燃烧室、内层燃烧室扰动块、外层燃烧室后扰动块、外层燃烧室前扰动块、碰撞浓缩环支撑板、内层燃烧室支撑板和外层燃烧室支撑板；

一次风粉进口、直管段、锥管段和外喷口共同组成碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器的外部结构，碰撞浓缩块固定安装在直管段内壁上，碰撞浓缩环通过碰撞浓缩环支撑板固定安装在直管段内壁上，内层燃烧室通过内层燃烧室支撑板固定安装在锥管段内壁上，外层燃烧室通过外层燃烧室支撑板固定安装在外喷口内壁上，内层燃烧室扰动块固定安装在内层燃烧室的内壁上，外层燃烧室后扰动块和外层燃烧室前扰动块固定安装在外层燃烧室的内壁上。

所述的碰撞浓缩块是截面为三角形的环形凸台，碰撞浓缩环为锥形圆环结构，碰撞浓缩环形成的通道面积与碰撞浓缩块形成的通道面积一致，碰撞浓缩块和碰撞浓缩环根据煤粉成分的不同采用不同的角度。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用双螺旋气动雾化微油枪，雾化方式采用双螺旋气动二次雾化，雾化后的油雾同时具有轴向前进速度与切向环绕速度，能够卷吸助燃风，与助燃风进行充分混合，油气的当量比在1公斤油/13公斤空气左右，达到完全燃烧；

(2)本发明的煤粉燃烧器采用多级浓缩方式结合与分级燃烧技术，由燃烧器碰撞浓缩块与燃烧器碰撞浓缩环组成，对一次风粉混合物进行高效率的浓缩，浓缩器与浓缩环均采用锥形的结构，燃烧器喷口采用同心结构的两圆筒结构，保证煤粉点燃以后的加热扩张能力；

(3)本发明的微油枪与煤粉燃烧器共轴，从而保证微油枪燃烧火焰与煤粉运动具有相同的轴向方向，同时也能够卷吸煤粉，微油枪燃烧火焰与煤粉能够进行良好的接触，从而能够保证成功的点燃煤粉与稳定燃烧；

(4)本发明采用微油枪直接点燃煤粉放出的热量，来代替大油枪燃烧放出的热量，以煤代油，节油率可以达到90％以上；

(5)本发明的燃烧器外层燃烧室与煤粉燃烧器外喷口之间有一定的空隙，使一部分淡风粉气流从空隙流出，冷却煤粉燃烧器外喷口；

(6)本发明可以应用在各种电站煤粉锅炉，以及水泥旋转窑、陶瓷窑等以煤粉作为能源的行业，它既可以安装在点火油枪的位置，来代替油枪的点火功能；也可以直接安装在锅炉的主燃烧器位置，来代替主煤粉燃烧器，实现锅炉的冷态启动点火与低负荷稳燃。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器示意图；

图3为本发明双螺旋气动雾化微油枪示意图；

图4为本发明双螺旋气动雾化微油枪前端示意图；

图5为本发明双螺旋气动雾化微油枪后端示意图；

图6为图4A处的局部放大图；

图7为图5B处的局部放大图；

图8为图5C处的局部放大图；

图9为本发明外层燃烧室前、后扰动块分布图；

图10为本发明内层燃烧室扰动块分布图；

图11为本发明助燃风喷口示意图；

图12为本发明燃油喷嘴示意图；

图13为本发明中喷嘴示意图；

图14为本发明碰撞浓缩环示意图；

图15为本发明碰撞浓缩块示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器和双螺旋气动雾化微油枪，双螺旋气动雾化微油枪通过前支撑体23与后支撑体28固定安装在碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器上，双螺旋气动雾化微油枪与碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器安装时保证同轴。

碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器如图2所示，包括一次风粉进口1、直管段2、锥管段3、外喷口4、碰撞浓缩块5、碰撞浓缩环6、内层燃烧室7、外层燃烧室8、内层燃烧室扰动块9、外层燃烧室后扰动块10、外层燃烧室前扰动块11、碰撞浓缩环支撑板12、内层燃烧室支撑板13和外层燃烧室支撑板14。一次风粉进口1、直管段2、锥管段3和外喷口4共同组成碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器的外部结构，外部结构为圆形。

碰撞浓缩块5固定安装在直管段2内壁上，碰撞浓缩环6通过碰撞浓缩环支撑板12固定安装在直管段2内壁上，内层燃烧室7通过内层燃烧室支撑板13固定安装在锥管段3内壁上，外层燃烧室8通过外层燃烧室支撑板14固定安装在外喷口4内壁上，各部件都以中心线呈轴对称结构。

碰撞浓缩块5如图15所示，截面为三角形的凸台，即能保证碰撞浓缩的效果，又不影响煤粉的顺畅通过。

碰撞浓缩环6如图14所示，为锥形圆环结构，碰撞浓缩环6形成的通道面积与碰撞浓缩块5形成的通道面积一致。

碰撞浓缩块5和碰撞浓缩环6的锥环形角度可以根据煤粉成分的不同采用不同的角度，两者之间的距离也可以根据需要进行调整。

内层燃烧室7的内径与碰撞浓缩环6的前锥内径一致。

内层燃烧室7与外层燃烧室8是内径大小不同的同心轴对称结构，外层燃烧室8的后端面与内层燃烧室7的前端面齐平，外层燃烧室8与内层燃烧室7的直径与长度根据煤粉成分的不同选择不同尺寸。

外层燃烧室8与外喷口4之间有一定的空隙，使一部分淡风粉气流从空隙流出，冷却外喷口4。外层燃烧室8与外喷口4采用耐热耐磨钢加工制作，能够获得更长的使用寿命。

内层燃烧室扰动块9如图10所示间隔地均匀分布于内层燃烧室7的内圆周上，内层燃烧室扰动块9所占圆周长度为整个内层燃烧室7内圆周的一半，个数为4-8个(图10中只表述了4个扰动块分布情况，其他数量的扰动块分布同理可知)。

外层燃烧室前扰动块11与外层燃烧室后扰动块10如图9所示，分别间隔地均匀分布于外层燃烧室8的内圆周上，外层燃烧室前扰动块11与外层燃烧室后扰动块10所占圆周长度分别为外层燃烧室8圆周的一半，分别为4个，外层燃烧室前扰动块11与外层燃烧室后扰动块10错位对齐排列。

双螺旋气动雾化微油枪如图3、4、5、6、7、8所示，包括高能点火器15、火焰检测器16、助燃风进口17、三通18、助燃风喷口19、微油枪外喷嘴20、微油枪中喷嘴21、微油枪燃油喷嘴22、前支撑体23、微油枪外管24、微油枪中管25、微油枪油管26、微油枪枪体27、后支撑体28和连接法兰29。

燃油喷嘴22如图12所示，4条内雾化气通道221呈螺旋形式，中喷嘴21如图13所示，4条外雾化气通道211呈螺旋形式，内雾化气通道221与外雾化气通道211的旋转方向相同。微油枪喷嘴20、微油枪中喷嘴21、燃油喷嘴22均采用耐热不锈钢加工制作，能够获得更长的使用寿命。

助燃风喷口19如图11所示，为双层夹层结构，使一部分助燃空气从夹层空间喷出，降低助燃风喷口19的外壁温度，从而防止煤粉在喷口处结焦；其前端分布4-8条扰动条191(图11中只表述了4条扰动条分布情况，其他数量的扰动条分布同理可知)，每个扰动条191的宽度为10-25毫米，能够使助燃风产生一定的扰动，从而能够更好的提供稳定燃烧所需的氧量。

双螺旋气动雾化微油枪的高能点火器15、火焰检测器16与微油枪枪体27中心线平行。

本发明的工作原理：煤粉燃烧器一次风粉进口1与锅炉现场的一次风粉管道进行连接，燃烧器外喷口4前端与锅炉水冷壁连接，检查水、电、气、信号线接口，系统安装完成后，首先调试微油枪，接通高能点火器15开关信号，2秒种后，先打开雾化气电磁阀，接着打开燃油电磁阀，通过火焰检测器16检测到微油枪着火状态良好，形成温度在1500℃-2000℃的高温火焰，这些高温气流能够使粒径在20-200μm的煤粉颗粒受到加热发生爆裂，再造挥发份，所以这种高温气流火焰对于点燃煤粉具有良好的效果，微油枪着火稳定后，开通一次风粉混合物阀门，风粉混合物经过煤粉燃烧器的多次浓缩，形成内层的浓煤粉流与外层的淡煤粉流，这样内层的浓煤粉流与微油枪燃烧火焰具有了平行运动状态，具有一定的接触时间，同时微油枪燃烧火焰具有切向环绕速度，能够卷吸煤粉气流，由于微油枪高温气流的加热作用，煤粉中的挥发份首先被点燃，在煤粉前进的过程中，形成一个挥发份首先被点燃，风粉气流边运动边点燃膨胀的过程，浓煤粉流通过内层燃烧室7点燃后，与外层燃烧室8的淡煤粉流再进行接触混合，这样浓煤粉流燃烧放出的热量点燃了外层淡煤粉流的煤粉，然后浓煤粉流与淡煤粉流边前进边燃烧，形成稳定的燃烧火焰，再进入到炉膛内继续燃烧。

目前以煤作为燃烧介质的行业，由于煤自身的燃烧特性，低温时煤粉无法直接点燃着火，必须首先将炉膛加热到一定的温度，然后再投入煤粉，在加热的过程中，要消耗大量的燃油或燃气，我国每年仅电站锅炉的冷态启动点火与低负荷稳燃就烧掉大约1000万吨的燃油，目前在液体燃料与气体燃料价格高涨的情况下，以每吨燃油价格5500.00元计算，折合人民币550.00亿元，再加上其它的水泥、陶瓷、冶金等行业，因此每年的冷态启动点火与低负荷稳燃，所消耗液体燃料的费用是一个极大的数字，而应用这项技术，以微油枪直接点燃煤粉放出的热量，来代替大油枪燃烧放出的热量，以煤代油，节油率可以达到90％以上，所以应用这项技术在目前能源供给紧张的情况下，将对国家的燃油与燃气的安全供应提供强大的支持。

本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：包括碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器和双螺旋气动雾化微油枪，双螺旋气动雾化微油枪通过前支撑体(23)与后支撑体(28)固定安装在碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器上，双螺旋气动雾化微油枪与碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器安装时保证同轴；

其中双螺旋气动雾化微油枪的燃油喷嘴(22)的4条内雾化气通道(221)呈螺旋形式，双螺旋气动雾化微油枪的中喷嘴(21)的4条外雾化通道(211)也呈螺旋形式，内雾化通道(221)与外雾化通道(211)的旋转方向相同。

2.根据权利要求1所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器包括一次风粉进口(1)、直管段(2)、锥管段(3)、外喷口(4)、碰撞浓缩块(5)、碰撞浓缩环(6)、内层燃烧室(7)、外层燃烧室(8)、内层燃烧室扰动块(9)、外层燃烧室后扰动块(10)、外层燃烧室前扰动块(11)、碰撞浓缩环支撑板(12)、内层燃烧室支撑板(13)、外层燃烧室支撑板(14)；

一次风粉进口(1)、直管段(2)、锥管段(3)和外喷口(4)共同组成碰撞式煤粉浓缩分级燃烧煤粉燃烧器的外部结构，碰撞浓缩块(5)固定安装在直管段(2)内壁上，碰撞浓缩环(6)通过碰撞浓缩环支撑板(12)固定安装在直管段(2)内壁上，内层燃烧室(7)通过内层燃烧室支撑板(13)固定安装在锥管段(3)内壁上，外层燃烧室(8)通过外层燃烧室支撑板(14)固定安装在外喷口(4)内壁上，内层燃烧室扰动块(9)固定安装在内层燃烧室(7)的内壁上，外层燃烧室后扰动块(10)和外层燃烧室前扰动块(11)固定安装在外层燃烧室(8)的内壁上。

3.根据权利要求2所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的碰撞浓缩块(5)是截面为三角形的环形凸台，碰撞浓缩环(6)为锥形圆环结构，碰撞浓缩环(6)形成的通道面积与碰撞浓缩块(5)形成的通道面积一致，碰撞浓缩块(5)和碰撞浓缩环(6)根据煤粉成分的不同采用不同的角度。

4.根据权利要求2所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的内层燃烧室扰动块(9)间隔地均匀分布于内层燃烧室(7)的内圆周上，内层燃烧室扰动块(9)所占圆周长度为整个内层燃烧室(7)内圆周的一半，个数为4-8个。

5.根据权利要求2所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的外层燃烧室前扰动块(11)与外层燃烧室后扰动块(10)分别间隔地均匀分布于外层燃烧室(8)的内圆周上，外层燃烧室前扰动块(11)与外层燃烧室后扰动块(10)所占圆周长度分别为外层燃烧室(8)圆周的一半，分别为4个，外层燃烧室前扰动块(11)与外层燃烧室后扰动块(10)错位对齐排列。

6.根据权利要求2所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的内层燃烧室(7)的内径与碰撞浓缩环(6)的前锥内径一致。

7.根据权利要求1所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的双螺旋气动雾化微油枪还包括助燃风喷口(19)，助燃风喷口(19)是双层夹层结构，其前端有4-8条扰动条(191)，每个扰动条(191)的宽度为10-25毫米。

8.根据权利要求2所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的外层燃烧室(8)的后端面与内层燃烧室(7)的前端面齐平，外层燃烧室(8)与内层燃烧室(7)的直径与长度根据煤粉成分的不同选择不同尺寸。

9.根据权利要求2所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的外层燃烧室(8)和外喷口(4)之间有能使一部分淡风粉气流流出、冷却外喷口(4)的空隙。

10.根据权利要求1所述的双螺旋气动雾化微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的双螺旋气动雾化微油枪还包括高能点火器(15)、火焰检测器(16)与微油枪枪体(27)，高能点火器(15)、火焰检测器(16)与微油枪枪体(27)中心线平行。

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